一、工作原理

深層(井)曝氣技術(shù)原創(chuàng)于上世紀(jì)70年代的英國(guó)ICI公司，這項(xiàng)污水處理新工藝，是以地下深井或地面高塔作為曝氣池的高效活性污泥系統(tǒng)。做成地下深井時(shí)其直徑為1～6m，井深30～100m;做成地面高塔時(shí)其直徑5～30m，塔高10～30m。該活性污泥系統(tǒng)主要由升流管和降流管兩大部分構(gòu)成。原污水和回流污泥的混合液沿降流管和升流管循環(huán)流動(dòng)，在降流管中注入空氣作為生物氧化的氧源，在升流管中亦注入空氣作為揚(yáng)升污水的動(dòng)力源，同時(shí)也兼作生物氧化的補(bǔ)充氧源以及吹脫生化廢氣的曝氣源。其工作原理圖如圖1。

二、充氧能力

據(jù)氧向水中傳質(zhì)的公式：

深層曝氣的充氧能力遠(yuǎn)高于其它曝氣方法，主要原因是：

1、利用深層的靜水壓力，大大提高了傳氧的推動(dòng)力(CS—C)，使降流管內(nèi)的空氣泡下降所需要的能量，由升流管中釋放出的氣泡所產(chǎn)生的揚(yáng)升作用得到抵消，因此獲得高氣相分壓時(shí)所花費(fèi)的能量并不大，所以充氧動(dòng)力效率高。

2、在降流管中以0.6～1.5m/s的高流速下，使KLa值成倍提高。

3、氣泡與液體的接觸時(shí)間或稱氣泡在液相中的作用時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)3～5min，而普通曝氣(即淺層曝氣)都在15S以下，前者是后者的十至數(shù)十倍，從而極大地提高了氧的利用率。

根據(jù)需氧要求，深層曝氣的充氧能力，一般可達(dá)0.5～1.0kg/m3•h，而其動(dòng)力效率仍高于其它曝氣方法。

三、深層曝氣工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)方式

由于是在一個(gè)很深的液層內(nèi)曝氣充氧，它的運(yùn)轉(zhuǎn)方式和流體力學(xué)特性與傳統(tǒng)(淺層曝氣)方法有很大差異。

1、混合液的循環(huán)動(dòng)力可以用壓縮空氣也可以用機(jī)械——泵。

當(dāng)采用壓縮空氣作動(dòng)力時(shí)稱作氣提循環(huán)法，該法以壓縮空氣的浮力作用于液相繼而帶動(dòng)混合液一起揚(yáng)升，空氣既是循環(huán)動(dòng)力，又是生化反應(yīng)的氧源，故僅使用單組動(dòng)力機(jī)械。

當(dāng)采用水泵作動(dòng)力時(shí)稱作機(jī)械循環(huán)法，此時(shí)仍需另設(shè)壓縮空氣源向降流管內(nèi)注入空氣以作為氧源供生化反應(yīng)之用，要用到兩組動(dòng)力機(jī)械。

因此，采用氣力提升較機(jī)械提升具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2、流體力學(xué)特性

深層曝氣是污水在深筒中上升和下降的循環(huán)回流的同時(shí)鼓入空氣。因此，運(yùn)轉(zhuǎn)中必須同時(shí)克服水阻和氣阻，提供運(yùn)轉(zhuǎn)中所需的總驅(qū)動(dòng)力，這是深層曝氣所特有的流體力學(xué)問(wèn)題。

四、深層曝氣的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性

1、采用深層曝氣法的好氧曝氣塔，是一種高分散生物反應(yīng)體系，氣液兩相在塔式容器中呈現(xiàn)高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有序流和無(wú)序流兩種流體運(yùn)動(dòng)同時(shí)并存，氣液混合充分，從而也使固體——活性污泥不僅被高度分散，微生物體可以同時(shí)從氣相中直接呼吸攝氧和液相中攝取溶解氧，微生物體的內(nèi)外源呼吸速率以指數(shù)級(jí)得到加速，促進(jìn)微生物的增殖速率成幾何級(jí)上升，代謝旺盛，世代更新加快，世代鏈及微生態(tài)鏈延長(zhǎng)，生物相豐富，生物活性增強(qiáng)，食欲旺盛，對(duì)有機(jī)物的攝取倍率亦成幾何級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)有機(jī)物種類的食譜展寬，故而對(duì)污水中各種分子量的有機(jī)物具有高效降解和快速的去除效果。深層曝氣法的這種優(yōu)秀的生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，用于高濃度的污水和難降解的有機(jī)、有毒、色度深的高分子有機(jī)廢水的處理時(shí)，非常適宜。

2、深層曝氣法的活性污泥濃度高，其活性污泥濃度通常可達(dá)5～10gmlvss/l，是常規(guī)活性污泥法(淺層曝氣)0.15～0.3gmlvss/l的2至數(shù)倍，因此對(duì)有機(jī)物的去除速率可以達(dá)到常規(guī)活性污泥法之去除速率的1.5～3次冪或更高。

五、深層曝氣(含深井曝氣)法的工藝組合

深層(井)曝氣活性污泥法與常規(guī)(淺層)曝氣活性污泥法同為曝氣充氧好氧氧化，其組合工藝仍然需要后續(xù)沉淀(固液分離)和污泥回流過(guò)程。而由于深層(井)曝氣過(guò)程是在較之常規(guī)(淺層)曝氣要高出數(shù)倍乃至數(shù)十倍的水壓下充氧，混合液中溶有過(guò)飽和空氣以及生物氧化反應(yīng)過(guò)程生成的廢氣(N2、CO2等)，因此需要在其頂部設(shè)置脫氣池，用來(lái)脫除混合液中所溶入的過(guò)飽和空氣和廢氣，以利于循環(huán)到降流管中重新注入新鮮空(氧)氣。如果后續(xù)沉淀池，則需在進(jìn)入沉淀池前先脫除微氣泡，以保證沉淀過(guò)程不受微氣泡上浮的干擾，而能使污泥正常沉降并從混合液中分離出去。

但微氣泡的上浮本來(lái)就能攜帶污泥一起上浮，這便是自發(fā)氣浮。因此我們正好可以利用深層曝氣過(guò)程的這種特性，在其后續(xù)氣浮分離器用來(lái)浮選掉污泥，可以將沉淀池省略，做到事半功倍。

在新疆某污水處理工程中，利用原來(lái)就建有符合處理規(guī)模的一組氣浮分離裝置，正好可以用來(lái)與深層曝氣法組成最佳工藝組合，又能充分發(fā)揮原有設(shè)施的處理功能，可謂一舉兩得發(fā)揮兩種設(shè)施的組合優(yōu)勢(shì).

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